IMP-Е (АIMР-Е, «Эксплорер XXXV», «Лунар эксплорер II»). Исследовательский спутник, предназначен для исследования солнечной плазмы, магнитного поля и космического излучения в районе Луны, регистрации метеорных частиц, а также исследования ионосферы и гравитационного поля Луны. По конструкции и бортовому оборудованию аналогичен аппарату IMP-D, который не удалось вывести на селеноцентрическую орбиту, и он, оставшись на орбите ИСЗ, получил название «Эксплорер XXXIII» (или «Лунар эксплорер I»). Вес аппарата 104,3 кг, в т. ч. вес бортового РДТТ 36,3 кг. Корпус имеет форму правильной восьмигранной призмы с максимальным поперечным размером 71 см и высотой ~ 18 см, к которому крепятся четыре панели с солнечными элементами и два стержня с магнитометрами. На орбите стабилизируется вращением, заданная ориентация оси вращения обеспечивается управляющими реактивными соплами, работающими по командам солнечного датчика. На борту установлены научные приборы: два магнитометра для измерения напряженности магнитных полей в диапазоне 0,1 - 64 гамма (магнитометр Центра Годдарда) и 0,2-200 гамма (Центра Эймса); три комплекта детекторов энергетических частиц (один - для регистрации электронов и протонов низкой энергии в космических лучах солнечного происхождения, потоков энергетических частиц в хвосте магнитосферы Земли и в космических лучах галактического происхождения, а также протонов солнечного происхождения с энергией св. 12 Мэв; второй - для регистрации электронов с энергией свыше 40 кэв в магнитосфере Земли и «шлейфе» Луны, а также частиц низкой энергии в космических лучах солнечного происхождения, и третий - для регистрации электронов и ионов низкой энергии в окрестностях Луны); детектор плазмы; детекторы метеорных частиц, с помощью которых определяются количества движения, кинетическая энергия и скорость отдельных частиц и которые могут регистрировать частицы, имеющие скорость от 1,5 до 50 км/сек и массу от 10^-13до 10^-9 г; экспериментальные солнечные элементы для исследования влияния солнечного излучения на их рабочие характеристики.

Аппарат был запущен 19 июля в 14 час. 19 мин. ракетой-носителем «Торад-Дельта», сначала он был выведен на промежуточную геоцентрическую орбиту с большим эксцентриситетом (апогей несколько сот тысяч километров), а 22 июля в 9 час. 19 мин., когда он находился в ~ 6600 км от Луны, был включен бортовой РДТТ, который вывел аппарат на селеноцентрическую орбиту с периселением 764 км и апоселением 7900 км; период обращения 11,5 час. Расчетная продолжительность активного существования 1-2 года.

Назначение аппарата (3,20) Lunar Explorer II такое же, как у аппарата Explorer XXXIII. Дополнительная задача - регистрация метеорных частиц в окололунном пространстве. Запуск аппарата произведен 19 июля 1967 г. в 14 час. 19 мин. со стартового комплекса № 17 м. Кеннеди ракетой-носителем THORAD-Delta. Согласно программе полета аппарат первоначально должен быть выведен на промежуточную геоцентрическую орбиту с высотой перигея 320 км и апогея 450 000 км. Полет ракеты носителя проходил по программе, близкой к расчетной. После выхода аппарата IMP-E на геоцентрическую орбиту он получил название Explorer XXXV, по международной системе обозначение 1967-70А. Ниже приводится программа полета ракеты-носителя THORAD- Delta с аппаратом IMP-E:
Т-момент старта;
T+1361 сек.-окончание работы РДТТ III ступени;
T+1390 сек.-начало работы устройства (грузики на тросах) для уменьшения скорости вращения III ступени с аппаратом (развертывание панелей с солнечными элементами и стержней с приборами позволяет снизить скорость вращения III ступени с аппаратом до 25 об/мин);
T+1405 сек. - развертывание панелей с солнечными элементами;
T+1415 сек.-откидывание стержней с магнитометрами;
Г+1445 сек.-отделение III ступени.

Аппарат был выведен на геоцентрическую орбиту с большим эксцентриситетом, двигаясь по которой примерно через 70 час достиг района Луны. 22 июля, в 9 час. 19 мин., когда аппарат находился на расстоянии 6 600 км от Луны, был включен по команде со станции слежения в г. Росмене РДТТ, который, проработав 23 сек., вывел аппарат на селеноцентрическую орбиту с высотой периселения 764 км, апоселения 7 889 км и периодом обращения 11,5 час.

После вывода аппарата Explorer XXXV на селеноцентрическую орбиту он получил название Lunar Explorer II (LIMP-E). Расчетная продолжительность активного существования аппарата - 1 год. Через 2 часа после прекращения работы РДТТ он и теплозащитный экран были отделены от аппарата (5,20). Аппарат Lunar Explorer II-первый американский аппарат, выведенный на селеноцентрическую орбиту без проведения коррекции траектории на участке полета к Луне.

Конструкция аппарата (3, 5, 20) и состав служебного оборудования в основном такие же, как у аппарата Explorer XXXIII (IMP-D). Аппараты серии Lunar Explorer no конструкции и составу служебного оборудования в основном подобны спутникам серии IMP, выводимым на геоцентрические орбиты. Отличие в том, что на аппаратах Lunar Explorer в верхней части корпуса устанавливается тормозной РДТТ, осуществляющий перевод аппарата на селеноцентрическую орбиту. Корпус аппарата представляет собой восьмигранную призму, разделенную на 8 отсеков (А-Н). В отсеках расположено служебное оборудование и научная аппаратура, кроме двух магнитометров на 2-х стержнях, прикрепленных к корпусу аппарата. К корпусу крепятся также 4 панели с солнечными элементами, он изготовлен из немагнитных материалов с применением алюминиевых и магниевых сплавов и нержавеющей стали, что позволило уменьшить собственное магнитное поле аппарата. Компоновочная схема аппарата представлена на рис. 41.

Суммарный вес на траектории полета к Луне - 104,3 кГ, на селеноцентрической орбите - 68 кГ (вес земной). Максимальный поперечный размер-71 см, высота-18 см. Размах панелей с солнечными элементами - 2,77 м, размах стержней с укрепленными на них магнитометрами-4,47 м.

Система энергопитания (5, 20) состоит из 4 панелей с солнечными элементами и серебряно-кадмиевых батарей. Панели с солнечными элементами смонтированы на штанагах, прикрепленных к корпусу аппарата. Для аппаратов LIMP, выводимых на селеноцентрическую орбиту, Центром Годдар-да разработаны усовершенствованные панели с солнечными элементами. Основой панели служит алюминиевая сотовая конструкция с диаметром ячеек 6,3 мм, и толщиной 0,017 мм. К этой конструкции сверху крепятся 2 стеклопластиковые пластины толщиной по 0,037 мм, пропитанные эпоксидной смолой служащие изолятором. На внешней пластине крепится серебрянная сетка, являющаяся проводником. Использование сетки вместо обычных проводов предотвращает возникновение паразитных магнитных полей. К внешней пластине клеем RTV-40 крепятся солнечные элементы. Провода, крепящие солнечные элементы с серебряной сеткой, проходят через стеклопластиковые пластины. На 4 панелях смонтировано 7 680 солнечных кремниевых n-р элементов размером 1 x 2см, обеспечивающие мощность 38 вт при удельной мощности 16,2 вт/кг или 104 вт/м² (7). Серебряно-кадмиевые батареи обеспечивают работу систем аппарата в те периоды, когда панели с солнечными элементами не освещены Солнцем. Батареи рассчитаны на работу в течение 3,5 час, емкость батарей - 10 а-ч.

Рис. 41. Схематическое изображение космического аппарата Lunar Explorer II.
а) Вид сверху: 1 - управляющее реактивное сопло; 2-панель с солнечными элементами; 3-магнитометр Центра им. Годдарда;
б) Вид сбоку: 1 - магнитометр Центра им. Годдарда; 2 - панель с солнечными элементами; 3 - тормозной РДТТ; 4 - магнитометр Центра им. Эймса.

В период совместного полета с III ступенью ракеты-носителя аппарат стабилизируется (5, 20) вращением со скоростью 120 об/мин, обеспечиваемым системой, установленной на III ступени. Стабилизация на орбите осуществляется вращением с помощью системы, установленной на аппарате. Ориентация оси вращения выдерживается с точностью ±0,5°. В системе используются оптические датчики направления на Луну (или Землю), исполнительными органами служат управляющие реактивные сопла, расположенные на концах 2 взаимно противоположных панелей с солнечными элементами. Рабочее тело - сжатый фреон - 12 (3). На anпарате Explorer XXXIII исполнительными органами служат 4 микродвигателя, разработанные Rocket Research Corp. и использующие сублимирующее твердое топливо, тягой по 4,5 Г. Изменение положения оси вращения может проводиться по командам с Земли.

Система связи (11) использует передатчик с мощностью на выходе 7 вт и рабочей частотой 136,110 Мгц и четыре дипольные антенны (на аппарате Explorer XXXIII установлен передатчик с частотой 136,02 Мгц). Тормозной РДТТ (ТЕ-М-458) (11), обеспечивающий перевод аппарата с геоцентрической на селеноцентрическую орбиту, аналогичен двигателю, разработанному для связного спутника SYNCOM. Двигатель от корпуса отделяется экраном, защищающим приборы от нагрева истекающими газами во время его работы. Экран прозрачен для солнечных лучей, так как солнечный нагрев необходим для обеспечения расчетного температурного режима (для детектора космических лучей и кодирующего устройства телеметрической системы). После прекращения работы РДТТ он и экран сбрасываются. Двигатель установлен в верхней части корпуса. Вес РДТТ - 36,3 кГ, тяга - 372 кГ, продолжительность работы - 22 сек.

Из 2 трехосных магнитометров (3, 4, 21) один предназначен для измерения напряженности магнитных полей в диапазоне 10^-6- 10^-4 э. Он смонтирован на одном из 2 стержней длиной 224 см, укрепленных на корпусе аппарата, разработан Центром им. Годдарда; второй магнитометр предназначен для измерения полной напряженности магнитных полей в диапазоне 2·10^-6-2·10^-3 э и изучения взаимодействия солнечной плазмы и магнитного поля. Магнитометр смонтирован на втором стержне длиной 224 см, укрепленном на корпусе аппарата, разработан Научно-исследовательским центром им. Эймса. Установка магнитометров вне корпуса аппарата позволяет предохранить их от воздействия собственного магнитного поля аппарата.

Ионизационная камера (3, 4, 21) в состав которой входит несколько детекторов энергетических частиц, расположена в отсеке G. Камера предназначена для регистрации протонов с энергией Е≥12 Мэв и электронов в космических лучах солнечного происхождения, высокоэнергичных частиц в хвосте магнитосферы Земли и в космических лучах галактического происхождения. Счетчики Гейгера-Мюллера (3, 4, 21) (3 шт.), которые входят в комплект детекторов частиц высоких энергий, расположены в отсеке Н. Они регистрируют электроны с энергией Е≥40 кэв, частицы низкой энергии в космических лучах солнечного происхождения и фотоны в рентгеновской области солнечного излучения на длине волны до λ=14 Ằ. Комплект детекторов энергетических частиц (3, 4, 21) проводит регистрацию электронов и ионов низкой энергии в окололунном пространстве у поверхности Луны и во фронте возможного скачка уплотнения около Луны. Детекторы плазмы(3, 4, 21) (2 шт.) предназначены для изучения солнечной плазмы в окололунном пространстве; имеют угол обзора 68° и размещены в отсеке D, разработаны Массачусетским технологическим институтом. Детекторы метеорных частиц (3, 4, 21) размещены в отсеке А и имеют направленное и всенаправленное действие; предназначены для регистрации, определения количества движения, кинетической энергии и скорости метеорных частиц в окололунном пространстве и рассчитаны на регистрацию частиц, имеющих скорость от 1,5 до 50 км/сек и массу от 10^-13 до 10^-9 Г. Направленный детектор имеет угод обзора 40°. Оба типа детекторов разработаны Университетом Темпла (17).

Проведение исследований по обнаружению ионосферы Луны и изучению ее влияния на прохождение радиосигналов было запланировано с помощью радиотехнического оборудования, установленного на аппарате (3). Исследования по изучению гравитационного поля Луны осуществлены по измерениям эволюции селеноцентрической орбиты аппарата (3). С помощью установленных на аппарате экспериментальных солнечных элементов были запланированы эксперименты по исследованию влияния солнечного излучения на характеристики солнечных элементов и проверка эффективности их экранировки. Солнечные элементы объединены в 4 группы по 16 элементов: 1-я группа не имела экранировки, 2-я группа имела стеклянный экран толщиной 25 мк, 3-я группа имела экран из спеченой двуокиси кремния толщиной 150 μ, и 4-я группа
имела экран толщиной 150 μ.

После аварийных полетов аппаратов Ranger III-V, которые подвергались термической стерилизации, что, как полагают, послужило причиной их аварии, было принято решение не проводить стерилизацию аппаратов, запускаемых для изучения Луны. В связи с этим аппараты по программе Lunar Explorer не подвергались стерилизации. Небезынтересны данные по присутствию микроорганизмов на этих аппаратах. Наличие микроорганизмов на самом аппарате при старте определялось путем экстраполяции результатов, полученных при взятии микробиологических проб на отдельных участках корпуса, а также проб воздуха вокруг аппарата. Была внесена поправка +20% (кроме Explorer XXXIII) на возможное перенесение микроорганизмов на аппарат с переходника и головного обтекателя. Данные по популяции микроорганизмов на аппаратах серии Lunar Explorer при старте приведены в таблице 21 (22).

В течение 1966-1967 гг. по программе запущено 2 аппарата, из которых один выполнил целевую задачу. Впервые в практике полетов американских аппаратов к Луне был реализован выход аппарата на селеноцентрическую орбиту без проведения коррекции на среднем участке траектории. Бортовые системы обоих аппаратов работали в основном без отказов. Неисправность систем ракеты-носителя явилась причиной невыполнения программы полета первого аппарата этой серии. Аппаратом Explorer XXXIII проведены исследования в околоземном пространстве при полете по орбите с большим эксцентриситетом. Установлено, что шлейф магнитосферы Земли простирается за орбиту Луны более чем на 120 000 км. Каждый месяц, примерно в течение 3-4 суток, Луна проходит через шлейф магнитосферы Земли, что обеспечивает некоторую защиту Луны от потока частиц высоких энергий, возникающих при вспышках на Солнце. Эти суточные периоды являются наиболее безопасными с точки зрения радиационной опасности для высадки космонавтов на Луну. Произведена регистрация фронта ударной волны, распространявшейся от Солнца после вспышки. Аппаратом Lunar Explorer II проведены исследования Луны и окололунного пространства. Основные научные результаты относятся к взаимодействию Луны с солнечным ветром и электромагнитным свойствам Луны (1, 2, 5, 8, 12, 13, 16, 18-20). Магнитное поле на лунной поверхности имеет напряженность менее 4·10^-5 э, а относительная магнитная проницаемость тела Луны не более 1,8. Наличие слабого магнитного поля свидетельствует об отсутствии проводящих слоев у поверхности и в недрах. У Луны не обнаружено ионосферы, она не имеет радиационных поясов, что подтверждается наличием слабого магнитного поля. Электропроводность Луны менее 10^-6 ом^-1/м в верхнем 100 км слое или еще ниже в случае более тонкого изолирующего слоя (10^-7 ом^-1 /м для верхних 10 км). Глубинные слои Луны имеют сравнительно низкую температуру не выше 980° С. Солнечный ветер достигает поверхности Луны, поскольку отсутствует фронт ударной волны (как перед Землей), что подтверждает отсутствие у Луны сильного магнитного поля. Позади Луны имеется «теневой» конус протяженностью более 160 000 км, свободный от солнечного ветра. Лунной магнитосферы и шлейфа не обнаружено.

Луна в целом представляет собой однородное тело. Однако, в связи с неодинаковой отражательной способностью отдельных районов лунных морей сделано заключение, что поверхность состоит из различных геологических пород. Возможно, что неравномерное отражение является результатом неодинаковой структуры отдельных пород. Слой грунта на поверхности морей тоньше, чем в гористых районах. Этот вывод сделан на основе исследований, проведенных с помощью бистатической радиолокационной станции, использующей передатчик и приемник, находящиеся в различных местах: передатчиком служил аппарат Lunar Explorer II, а приемником- 150-футовая радиоантенна Станфордского университета. Сигналы, отраженные от лунной поверхности, несут информацию о диэлектрической постоянной лунного вещества, которая прямо связана с твердостью вещества, отражающего радиоволны. Диэлектрическая постоянная в районе лунных морей на одну треть больше, чем в материковых районах Луны. В случае с Луной, чем выше диэлектрическая постоянная, свойственная отражающему участку, тем, по-видимому, ближе к поверхности располагаются твердые породы. Диэлектрическая постоянная для глубин от 25 см до многих метров составляет 3,0 ±0,2, причем в этом интервале глубин отсутствуют резкие скачки диэлектрической постоянной (23). При прохождении через шлейф магнитосферы Земли у Луны не было обнаружено заметного наведенного магнитного поля.